区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节系统及调节方法

摘要

本发明提供区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节系统，包括二级冷量交换站控制器及其通过转换器分别连接的远程、本地监控计算机；二级冷量交换站控制器通过模拟量输入模块与用冷建筑供冷管网供水温度传感器、回水温度传感器、变频循环水泵、供回水压差传感器及室外环境温湿度传感器连接，分别通过数字量输入模块、模拟量、数字量输出模块与用冷建筑供冷管网变频循环水泵连接，还分别通过模拟量输入、输出模块连接有二级冷量交换站板式换热器二次侧回水流量调节阀及其旁通调节阀。本发明可大幅提高用冷建筑冷冻供水温度及二级冷量交换站板式换热器二次侧回水温度，节能效果好，具有很好的推广应用价值。

说明书

                            技术领域

本发明涉及中央空调节能控制技术，具体是指区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节系统及调节方法。

                            背景技术

区域集中供冷由于具有能源使用效率高，环境热污染低，可以有效降低设备容量和减少机房占地面积等优点，正在世界范围内快速推广使用，已经成为现代空调发展的重要方面。但是，目前的区域集中供冷系统中，其二级冷量交换站冷量调节尚存在以下管理及技术问题，使区域集中供冷系统的种种优势未能得到充分发挥与更好体现：

(1)用户单位难以从整体上对用冷量进行调节：目前，区域集中供冷二级冷量交换站设备属于两家不同单位所有及管理，其中二级冷量交换站板式换热器一次侧设备及二次侧出水温度属区域供冷运营单位管理控制，二级冷量交换站板式换热器二次侧设备属用户单位管理控制，用户单位由于无权对板式热交换器一次侧进水流量进行调控，无法对用冷建筑冷冻供水温度进行调整；

(2)当区域集中供冷用冷建筑没有装备完善的楼宇自控系统时，设备管理人员难以根据室外温湿度变化及内部冷负荷变化对末端空调设备运行参数进行调整(如国家2005年开始倡导夏季室内温度不得低于26℃，但大部分用冷建筑由于末端设备缺乏科学合理控制手段无法满足这一要求)，在此情况下，由于二级冷量交换站板式换热器二次侧的出水温度由区域供冷营运单位按恒温供水控制，供水温度通常采用用冷建筑空调设计参数(即7℃供水温度)，使得用冷建筑内部常常出现室内温湿度过低现象，造成大量的冷量浪费；

(3)当用冷建筑末端空调设备冷负荷低于设计负荷时，由于二级冷量交换站板式换热器二次侧采用恒温供水，且用冷建筑冷冻供水流量由于受管网水力平衡及最小供回水压差等因数限制，不能随冷负荷变化成比例调节时，常常出现供回水温差降低，即通常所说的“大流量、小温差”现象，板式换热器二次侧回水温度减小，进而使得一次侧出水温度降低，进出水温差减小，区域集中供冷管网无法实现大温差(设计一般为10℃左右)、小流量供水，造成供冷管网水泵能耗增加，冷量输送过程损耗增大。

(4)在干燥气候条件下，由于用冷建筑供冷管网供水温度过低，使得室内环境湿度过低，中央空调系统潜热能耗增加。

                          发明内容

本发明的目的在于克服上述现有管理及技术的缺点和不足，提供区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节系统，其可以大幅度提高用冷建筑冷冻供水温度及二级冷量交换站板式换热器二次侧回水温度，实现对用冷建筑供冷量的整体调控，减少用冷建筑在部分负荷下冷量消耗及不必要浪费，有效避免用冷建筑内部制冷区域出现温湿度过低现象，同时使得二级冷量交换站板式换热器一次侧出水温度提高，进出水温差增大，流量减少，从而使得区域供冷水泵功率消耗降低，供冷管道冷量损失减少。

本发明的目的还在于提供采用上述区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节系统的调节方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：本区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节系统，包括二级冷量交换站控制器及其通过转换器分别连接的远程监控计算机、本地监控计算机；二级冷量交换站控制器通过模拟量输入模块与用冷建筑供冷管网供水温度传感器、用冷建筑供冷管网回水温度传感器、用冷建筑供冷管网变频循环水泵、用冷建筑供冷管网供回水压差传感器、室外环境温湿度传感器连接，分别通过数字量输入模块、模拟量输出模块、数字量输出模块与用冷建筑供冷管网变频循环水泵连接，二级冷量交换站控制器还分别通过模拟量输入模块、模拟量输出模块连接有二级冷量交换站板式换热器二次侧回水流量调节阀、二级冷量交换站板式换热器二次侧回水流量旁通调节阀。

采用本区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节系统的调节方法，其步骤包括：

(1)选取用冷建筑最具代表性制冷区域及末端空调设备，通过远程监控计算机或本地监控计算机将代表性制冷区域末端空调设备的恒定参数存入二级冷量交换站控制器的数据区；

(2)在二级冷量交换站系统运行过程中，将代表性制冷区域温湿度设定值通过远程监控计算机或本地监控计算机输入到二级冷量交换站控制器的数据区，二级冷量交换站控制器通过模拟量输入模块不断采集用冷建筑室外环境温湿度值，并结合室内温湿度设定值、用冷建筑内人员数量的变化进行相应运算处理，得到当前用冷建筑末端空调设备所需冷冻供水温度值；

(3)以该所需冷冻供水温度值为控制目标，在维持用冷建筑末端空调设备冷冻供水总流量不变，以及二级冷量交换站板式换热器二次侧出水温度恒定的前提下，二级冷交换站控制器通过模拟量输出模块调节二级冷量交换站板式换热器二次侧回水流量与旁通流量比例，使用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度与所需冷冻供水温度值相等，实现用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度的调节；

(4)当用冷建筑末端空调设备数量变化引起用冷建筑末端空调设备冷冻供水总流量变化时，二级冷量交换站控制器通过数字量输出和模拟量输出模块调整用冷建筑供冷管网变频循环水泵运行台数及频率，保持用冷建筑供冷管网冷冻供回水压差恒定，实现用冷建筑末端空调设备冷冻供水总流量的调节。

所述调节二级冷量交换站板式换热器二次侧回水流量与旁通流量比例的步骤包括：

(1)当室内温湿度设定值整体提高、室外环境温湿度降低或用冷建筑内人员数量减少，造成末端空调设备冷负荷整体降低，需要提高当前用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度时，以当前所需冷冻供水温度值为控制目标，二级冷量交换站控制器通过模拟量输出模块减小二级冷量交换站板式热交换器二次侧回水流量调节阀开度，使二级冷量交换站板式热交换器二次侧回水流量减小，板式换热器换热量减少，同时二级冷量交换站控制器通过模拟量输出模块增大二级冷量交换站板式热交换器二次侧回水流量旁通调节阀开度，使用冷建筑末端空调设备冷冻供水总流量保持不变，用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度与所需冷冻供水温度值相等；

(2)当室内温湿度设定值整体降低、室外环境温湿度升高或用冷建筑内人员数量增加，造成末端空调设备冷负荷整体增加，需要降低用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度时，以当前所需冷冻供水温度值为控制目标，二级冷量交换站控制器通过模拟量输出模块加大二级冷量交换站板式热交换器二次侧回水流量调节阀开度，使二级冷量交换站板式热交换器二次侧回水流量增加，板式换热器换热量增加，同时二级冷量交换站控制器通过模拟量输出模块减小二级冷量交换站板式热交换器二次侧回水流量旁通调节阀开度，使用冷建筑末端空调设备冷冻供水总流量保持不变，用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度与所需冷冻供水温度值相等。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)解决了在现有的区域集中供冷二级冷量交换站板式换热器二次侧恒温供水管理控制方式下，当用冷建筑末端空调设备冷负荷减少时，由于末端空调设备管理控制不到位造成制冷区域温湿度过低引起的冷量浪费问题；

(2)在用冷建筑末端空调设备部分负荷条件下，大幅度提高了用冷建筑冷冻供水温度和二级冷量交换站板式换热器二次侧回水温度，使得板式换热器一次侧进水流量减少、出水温度降低，保障了区域供冷管网大温差、小流量控制目标的实现，使区域供冷水泵能耗降低，室外管网冷量损失减少；

(3)在室外干燥气候条件下，由于用冷建筑供冷管网供水温度提高，可以有效减少室内水分散失，避免环境湿度过低，提高环境舒适度，同时减少空调系统潜热负荷冷量消耗。

                          附图说明

图1为传统区域集中供冷二级冷量交换站结构原理图；

图2为采用本发明进行冷量调节的区域集中供冷二级冷量交换站结构原理图；

图3为本发明区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节系统的结构原理图。

                        具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，传统的区域集中供冷二级冷量交换站由二级冷量交换站板式换热器1、二级冷量交换站板式换热器一次侧供水温度传感器2、二级冷量交换站板式换热器一次侧出水温度传感器3、二级冷量交换站板式换热器一次侧供水流量调节阀4、二级冷量交换站板式热交换器一次侧供水流量计5、二级冷量交换站板式换热器二次侧出水温度传感器6、用冷建筑供冷管网供水温度传感器7、用冷建筑供冷管网回水温度传感器8、用冷建筑供冷管网变频循环水泵9、用冷建筑供冷管网供回水压差传感器10相互连接组成。

如图2所示，采用本发明区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节系统的区域集中供冷二级冷量交换站，其安装有二级冷量交换站板式换热器二次侧回水流量调节阀11、二级冷量交换站板式换热器二次侧回水流量旁通调节阀12。

如图3所示，本区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节系统，由二级冷量交换站控制器13分别通过转换器15即RS232/485、转换器17即RS232/(TCP/IP)与本地监控计算机16、远程监控计算机18相连接组成；二级冷量交换站控制器13通过模拟量输入模块与用冷建筑供冷管网供水温度传感器7、用冷建筑供冷管网回水温度传感器8、用冷建筑供冷管网变频循环水泵9、用冷建筑供冷管网供回水压差传感器10、室外环境温湿度传感器14连接，分别通过数字量输入模块、模拟量输出模块、数字量输出模块与用冷建筑供冷管网变频循环水泵9连接，二级冷量交换站控制器13还分别通过模拟量输入模块、模拟量输出模块连接有二级冷量交换站板式换热器二次侧回水流量调节阀11、二级冷量交换站板式换热器二次侧回水流量旁通调节阀12。

采用本区域集中供冷二级冷量交换站冷量调节系统的调节过程是：

(1)选取用冷建筑最具代表性制冷区域及末端空调设备，通过远程监控计算机18或本地监控计算机16将代表性制冷区域末端空调设备的恒定参数存入二级冷量交换站控制器13的数据区；

(2)在二级冷量交换站系统运行过程中，将代表性制冷区域温湿度设定值通过远程监控计算机18或本地监控计算机16输入到二级冷量交换站控制器13的数据区，二级冷量交换站控制器13通过模拟量输入模块不断采集用冷建筑室外环境温湿度值，并结合室内温湿度设定值、用冷建筑内人员数量的变化进行相应运算处理，得到当前用冷建筑末端空调设备所需冷冻供水温度值；

用冷建筑末端空调设备所需冷冻供水温度计算方法为：

用冷建筑室内冷负荷主要包括：房间传导热量、房间内部产生热量、吸收室外空气热量、其他冷负荷。其中：

1)房间传导热量：热量通过墙面、窗面传导到室内，它受室内外气候参数共同影响，计算公式如下：

墙体负荷：Q_墙＝K_墙F_墙(t_w-t_n)，

窗体温差负荷：Q_窗t＝K_窗F_窗(t_w-t_n)，

窗体辐射负荷：Q_窗f＝C_aF_窗C_sD_jmaxC_LQ

2)房间内产生的热量：包括人体散热、灯光散热、机电设备散热。其中人体散热Q_人＝人体散热量×房间人数，该部分负荷随室内人数变化而变化。

3)吸取室外空气热量：这部分热量分为显热和潜热，用公式表示为：

显热：Q_显＝1.2(t_w-t_n)□V_新，

潜热：Q_潜＝3000(d_w-d_n)□V_新，

该部分负荷也取决于室内外空气的状态参数。

以上公式中各字母的意义：

K_墙，K_窗----分别为墙体和窗户传热系数，

F_墙，F_窗----分别为墙体和窗户面积，

t_w，t_n----分别为室外、室内温度，

d_w，d_n----分别为室外、室内含湿量，

V_新----新风量，

C_a----有效面积系数，

C_s----玻璃窗的综合遮挡系数，

C_jmax----日射得热因数的最大值，

C_lQ----外窗的冷负荷系数，

通过以上公式计算可以得出：

1)当室内温湿度控制值一定时，通过检侧室外环境温湿度可以相似计算出用冷建筑末端空调设备当前实际冷负荷Q₁；

2)当室外温湿度侧量值一定，调整室内温湿度设定值时，也可以相似计算出用冷建筑末端空调设备当前实际冷负荷Q₁；

将Q₁代入末端空调设备冷冻进水温度计算公式，可以得到上述两种条件下用冷建筑末端空调设备所需冷冻供水温度值：

$$ >>>t>>w>1>>>=>>t>>s>1>>>->>>Q>1>>>Q>0>\; >>(>>t>>s>0>>>->>t>>w>10>>>)>>>$$

t_s1、t_s0----表示实际工况和标准工况下空调末端设备空气进口湿球温度，

t_w1、t_w10----表示实际工况和标准工况下冷冻供水温度，

Q₁、Q₀----表示实际工况和标准工况下末端设备的冷负荷，

其中t_s1由室内回风和室外新风共同决定，其实际工况状态参数通过以下两个公式及相关计算得出：

i_w，i_n----分别为室外、室内焓值

V----空调末端设备风量

i₁，d₁----空调末端设备空气进口焓和含湿量

将计算结果代入焓湿图计算得出t_s1，进而得出当前状态下用冷建筑末端空调设备所需冷冻供水温度值t_w1

(3)以该所需冷冻供水温度值为控制目标，在维持用冷建筑末端空调设备冷冻供水总流量不变，以及二级冷量交换站板式换热器二次侧出水温度恒定的前提下，二级冷交换站控制器13通过模拟量输出模块调节二级冷量交换站板式换热器二次侧回水流量与旁通流量比例，使用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度与所需冷冻供水温度值相等，实现用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度的调节；

(4)当用冷建筑末端空调设备数量变化引起用冷建筑末端空调设备冷冻供水总流量变化时，二级冷量交换站控制器13通过数字量输出和模拟量输出模块调整用冷建筑供冷管网变频循环水泵9的运行台数及频率，保持用冷建筑供冷管网冷冻供回水压差恒定，实现用冷建筑末端空调设备冷冻供水总流量的调节。

上述二级冷量交换站板式换热器二次侧回水流量与旁通流量比例的调节过程是指：

(1)当室内温湿度设定值整体提高、室外环境温湿度降低或用冷建筑内人员数量减少，造成末端空调设备冷负荷整体降低，需要提高当前用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度时，以当前所需冷冻供水温度值为控制目标，二级冷量交换站控制器13通过模拟量输出模块减小二级冷量交换站板式热交换器二次侧回水流量调节阀11开度，使二级冷量交换站板式热交换器二次侧回水流量减小，板式换热器换热量减少，同时二级冷量交换站控制器13通过模拟量输出模块增大二级冷量交换站板式热交换器二次侧回水旁通调节阀12开度，使用冷建筑末端空调设备冷冻供水总流量保持不变，用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度与所需冷冻供水温度值相等；

(2)当室内温湿度设定值整体降低、室外环境温湿度升高或用冷建筑内人员数量增加，造成末端空调设备冷负荷整体增加，需要降低用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度时，以当前所需冷冻供水温度值为控制目标，二级冷量交换站控制器13通过模拟量输出模块加大二级冷量交换站板式热交换器二次侧回水流量调节阀11开度，使二级冷量交换站板式热交换器1二次侧回水流量增加，板式换热器换热量增加，同时二级冷量交换站控制器13通过模拟量输出模块减小二级冷量交换站板式热交换器二次侧回水旁通调节阀12开度，使用冷建筑末端空调设备冷冻供水总流量保持不变，用冷建筑末端空调设备冷冻供水温度与所需冷冻供水温度值相等。

如上所述，便可较好地实现本发明。